扭矩測量裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種扭矩測量裝置，包括轉(zhuǎn)軸、測距儀和連接所述測距儀的數(shù)據(jù)處理單元?；谒雠ぞ販y量裝置，本發(fā)明還提供一種扭矩測量方法，數(shù)據(jù)處理單元能通過所述測距儀測得的兩個(gè)環(huán)線的距離變化，從而得出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩。本發(fā)明提供的扭矩測量裝置由于在所述轉(zhuǎn)軸上不加裝任何設(shè)備，僅設(shè)置兩個(gè)環(huán)線，因此消除了現(xiàn)有技術(shù)中測量過程對(duì)轉(zhuǎn)軸的影響，且測量精度高，可實(shí)施性強(qiáng)。
【專利說明】扭矩測量裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種扭矩測量裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前測轉(zhuǎn)軸的扭矩的方法有多種，比如依賴于在轉(zhuǎn)軸上貼附應(yīng)變片的方式，而應(yīng) 變片信號(hào)的傳遞方式主要有滑環(huán)和遙測的方法等?；h(huán)保證在軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)變片信號(hào)不間 斷的傳遞到采集電路中。而遙測的方法需要在轉(zhuǎn)軸上安裝一種通過滑動(dòng)電池提供電力的發(fā) 射器，發(fā)射器將應(yīng)變片的電流變化通過無線信號(hào)傳遞到采集電子電路中。
[0003] -些較新的系統(tǒng)采用了霍爾傳感器。這一方案一般是在轉(zhuǎn)軸上相距一定距離處安 裝兩個(gè)大齒輪來拾取信號(hào)。在兩個(gè)大齒輪上的測量敏感處分別設(shè)置兩個(gè)霍爾傳感器，在軸 轉(zhuǎn)動(dòng)過程中兩個(gè)霍爾傳感器能輸出相同寬度的脈沖。當(dāng)軸被施加負(fù)載后，兩個(gè)脈沖之間的 相位差會(huì)發(fā)生變化?？梢酝ㄟ^檢測兩路脈沖之間的相位差來計(jì)算受載軸的扭轉(zhuǎn)角。
[0004] 還有一種方法是利用激光光纖和激光檢測器檢測轉(zhuǎn)軸扭矩的系統(tǒng)。它是在轉(zhuǎn)軸上 相距適當(dāng)距離處分別安裝兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)碼盤。一束激光通過光纖照射到第一個(gè)碼盤上，然后被 與第一個(gè)碼盤對(duì)應(yīng)的光調(diào)制器接收并調(diào)制成激光脈沖，再提過光纖傳輸照射到第二個(gè)碼盤 上，經(jīng)過第二個(gè)碼盤后被第二個(gè)激光傳感器接收并轉(zhuǎn)化成電脈沖信號(hào)，這時(shí)的電脈沖寬度 代表了兩個(gè)碼盤之間的相位差。當(dāng)轉(zhuǎn)軸被加上負(fù)載后，最終輸出的電脈沖寬度會(huì)增加，通過 這一相位差就可以計(jì)算出轉(zhuǎn)軸扭轉(zhuǎn)的角度，從而可以計(jì)算出轉(zhuǎn)軸在加上負(fù)載后的扭矩。
[0005] 但是，無論是上述哪種測量方法，都需要在轉(zhuǎn)軸上安裝測量裝置，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)軸本身 的應(yīng)用造成一定的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能實(shí)時(shí)測量軸扭矩，而且測量扭矩對(duì)轉(zhuǎn)軸不 會(huì)帶來影響的測量方案。基于此，本發(fā)明提供一種扭矩測量裝置，其特征在于，包括：
[0007] 轉(zhuǎn)軸；
[0008] 兩個(gè)圍繞所述轉(zhuǎn)軸的環(huán)線，兩個(gè)所述環(huán)線圍成的平面互相平行，且垂直于所述轉(zhuǎn) 軸的軸心線；
[0009] 測距儀，用于實(shí)時(shí)測量兩個(gè)環(huán)線的距離；
[0010] 數(shù)據(jù)處理單元，連接所述測距儀，用于根據(jù)所述測距儀測得的兩個(gè)環(huán)線的距離變 化，得出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩。
[0011] 進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)處理單元通過如下公式得出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種扭矩測量裝置，其特征在于，包括： 轉(zhuǎn)軸； 兩個(gè)圍繞所述轉(zhuǎn)軸的環(huán)線，兩個(gè)所述環(huán)線圍成的平面互相平行，且垂直于所述轉(zhuǎn)軸的 軸心線； 測距儀，用于實(shí)時(shí)測量兩個(gè)環(huán)線的距離； 數(shù)據(jù)處理單元，連接所述測距儀，用于根據(jù)所述測距儀測得的兩個(gè)環(huán)線的距離變化，得 出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩。
2. 如權(quán)利要求1所述的扭矩測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元通過如下公式 得出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩：
其中，Μ為扭矩，G所述轉(zhuǎn)軸的剪切模量，G與所述轉(zhuǎn)軸的材料特性有關(guān)，D為所述轉(zhuǎn)軸 的直徑，所述G和D均為已知量，dl和d2分別為所述轉(zhuǎn)軸受到扭矩作用前后兩個(gè)環(huán)線之間 的距離。
3. 如權(quán)利要求1所述的扭矩測量裝置，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸為圓柱形，所述環(huán)線為圓 周線。
4. 如權(quán)利要求1所述的扭矩測量裝置，其特征在于：所述測距儀為激光測距儀，所述環(huán) 線由可被激光感知的材料制成。
5. 如權(quán)利要求4所述的扭矩測量方法，其特征在于：所述環(huán)線的材料為激光粉。
6. -種扭矩測量方法，其特征在于，包括以下步驟： 在一轉(zhuǎn)軸上設(shè)置兩個(gè)圍繞所述轉(zhuǎn)軸的環(huán)線，兩個(gè)所述環(huán)線圍成的平面互相平行，且垂 直于所述轉(zhuǎn)軸的軸心線； 利用一測距儀測量兩個(gè)所述環(huán)線的第一距離dl ; 當(dāng)所述轉(zhuǎn)軸受到一扭矩的作用時(shí)，利用所述測距儀測量兩個(gè)所述環(huán)線的第二距離d2 ; 根據(jù)第一距離dl和第二距離d2的值，由一連接所述測距儀的數(shù)據(jù)處理單元得出所述 扭矩的值。
7. 如權(quán)利要求6所示的扭矩測量方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理單元通過如下公式 得出所述轉(zhuǎn)軸受到的扭矩：
其中，Μ為扭矩，G所述轉(zhuǎn)軸的剪切模量，G與所述轉(zhuǎn)軸的材料特性有關(guān)，D為所述轉(zhuǎn)軸 的直徑，所述G和D均為已知量。
8. 如權(quán)利要求6所述的扭矩測量方法，其特征在于：所述轉(zhuǎn)軸為圓柱形，所述環(huán)線為圓 周線。
9. 如權(quán)利要求6所述的扭矩測量方法，其特征在于：所述測距儀為激光測距儀，所述環(huán) 線由可被激光感知的材料制成。
10. 如權(quán)利要求9所述的扭矩測量方法，其特征在于：所述環(huán)線的材料為激光粉。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK104155037SQ201410399628
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月13日
【發(fā)明者】李義新, 張延遲, 楊宏坤, 林貞汛, 李林, 張振邦, 徐祥平, 王嘉毅, 高海凌 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院